交通信号灯
武汉工程大学 计算机科学与工程学院
综合设计报告
设计名称: 设计题目: 学生学号: 专业班级: 智能01班 学生姓名: 学生成绩: 指导教师(职称): 课题工作时间: 2015/5/26 至 2015/6/6
武汉工程大学计算机科学与工程学院 制
说明:
1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个学生;四、五两项(中英文摘要)由学生在完成综合设计后填写。 2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。 3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现、设计完成情况、报告的质量及答辩情况,给出客观、全面的评价。 4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节,凡不参加答辩者,其成绩一律按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
5、报告正文字数一般应不少于5000字,也可由指导教师根据本门综合设计的情况另行规定。
6、平时表现成绩低于6分的学生,取消答辩资格,其本项综合设计成绩按不及格处理。
7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式(适用于学院各类综合设计),各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整,并上报学院批准。
答辩记录表
成绩评定表
学生姓名: 刘 莹 学号: 1205030115 班级: 智能01班
目 录
目 录 ..................................................................... I 摘 要 ................................................................... II Abstract ................................................................ III 第一章 简易交通信号灯 .................................................... 1 1.1 交通信号灯 ............................................................ 1 第二章 简易交通信号灯设计 ................................................ 2 2.1 方案简述 .............................................................. 2 2.2 模块设计 .............................................................. 3 第三章 功能介绍 ......................................................... 10 3.1 时钟控制系统模块 ..................................................... 10 3.2 计数模块 ............................................................. 10 3.3 时序控制模块 ......................................................... 11 3.4 信号输出模块 ......................................................... 11 3.5 输出显示模块 ......................................................... 12 第四章 仿真调试 ......................................................... 13 3.1 问题技巧 ............................................................. 13 3.2 仿真记录 ............................................................. 14 总 结 .................................................................. 16 致 谢 .................................................................. 17 参考文献 ................................................................. 18
摘 要
交通信号灯是日常交通中重要的组成部分,用书本上的知识将生活中是事物进行模拟是对知识的实践,本文利用数字逻辑等知识在面包板上实现简易交通信号灯。详细讲述了从使用电脑WEWB软件进行仿真设计,到完整的电路设计过程,并阐述了设计的基本原理和实际仿真过程中所遇问题的解决方案。
关键词:交通信号灯;面包板; 芯片;WEWB
Abstract
Traffic signal is an important part of the daily traffic. The knowledge of practice is the simulation of the live things which uses the knowledge of books. This paper uses digital logic knowledge to achieve a simple traffic lights on the bread board. A detailed account of the design from the use of computer simulation software WEWB, to the circuit design process is completed, and expounds the problems solution basic design principle and the simulation process.
Keywords:traffic signal lamp; the bread board; chip; WEWB
第一章 简易交通信号灯
社会在飞速发展,交通也越来越便利,各式各样的马路,立交桥纵横交错,其中必不可少的就是交通信号灯。在繁忙的十字路口,红绿灯指示着各种车辆和行人的安全,使交通井然有序,无需交警,交通信号灯的自动控制是通过计算机来实现的。现在,我国的一些城市已经运用计算机自动控制了,市交警管理工作逐步自动化智能化。为了更了解信号灯自动控制的基本原理,学习利用数字电子技术设计并制作自动控制装置的方法,本次设计主要是简易交通灯控制。
1.1 交通信号灯
交通信号灯是交通信号中的重要组成部分,是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯(表示禁止通行)、绿灯(表示允许通行)、黄灯(表示警示)组成。分为:机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。
1.1.1 信号灯色
最早的时候只有红、绿两种颜色,后来经过改良后,增加了一盏黄色的灯,红灯表示停止,黄灯表示准备,绿灯则表示通行。之所以采用这三种颜色,一方面是三原色,其他颜色也是在此基础上调出来的,另一方面,用这三种颜色作为交通讯号也和人们的视觉结构和心理反应有关。
人的视网膜含有杆状和三种锥状感光细胞,杆状细胞对黄色的光特别敏感,三种锥状细胞则分别对红光、绿光及蓝光最敏感。由于这种视觉结构,人最容易分辨红色与绿色。虽然黄色与蓝色也容易分辨,但因为眼球对蓝光敏感的感光细胞较少,所以分辨颜色,还是以红、绿色为佳。
由此可见交通信号灯并不是随意设置的。
1.1.2 交通倒计时分类
交通倒计时时:单位从9开始, 双位从99开始,
二位半也叫三位从199开始; 颜色可分为:单色,双色,三色;
倒计时组合:倒计时加箭头灯,倒计时加圆盘灯,倒计时加人行灯。
第二章 简易交通信号灯设计
此次实验主要运用5个芯片对简易交通信号灯进行模拟,通过发生器,计时器,输出装置来控制“十字路口”的12盏信号灯的亮与不亮。本章对模拟交通信号灯的方案进行详细描述,最终得到一个最优方案以及相应的仿真电路图。最后对本方案中的各个细节进行简述包括原理图和状态表等。
2.1 方案简述
此次方案就是针对实现要求用不同芯片功能进行组合,达到目的,以下是方案详细内容。
2.1.1 设计思路
任务要求实际上就是3个状态,不妨设:
S1、东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,时间15s; S2、东西方向与南北方向黄灯亮,时间5s; S3、南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,时间l0s;
根据十字路口交通管理控制器的设计要求,可以确定该控制器系统应包括秒脉冲发生器模块、计数器模块、译码显示模块、红绿灯控制模块和辅助时序控制模块等5个基本模块组成。其中计数器模块和灯控模块是系统的主要组成模块。各模块的功能如下:
1、秒脉冲发生器模块:产生稳定的1Hz时钟脉冲。 2、计数器模块:主要功能为倒计时。 3、译码显示模块:显示倒计时的时间。
4、红绿灯控制模块:控制主次干道红绿灯定时交替亮灭。
主电路状态与指示灯状态转换
【表1】
根据【表1】可知,设计电路只需要5组输出端控制指示灯,指示灯都是以2个或4个一组。总计需要4312个灯。
2.1.2 系统框架图
2.2 模块设计
1、计数系统:使用上升时序,个位、十位两片74192。进位关联使用个位TCU=十位UP实现(Terminal Count Up (Carry) Line)。数据状态通过判断条件进入选择器74153。判断条件成立后执行清零。
2、时序Sx控制:使用7473改装的TFF2个,实现S1→S2→S3状态的转换。
↑ ↓
3、判断时钟、Sx:判断74192和7473的状态,满足条件输出74192的清零使能和7473的CLK信号。
4、翻译Sx-LED,翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态:
S1R,S1G,S2Y,S3R,S3G
5、输出调整电路,令紧急电平开关控制LED的状态。
2.2.1 芯片应用
【表2】
芯片清单
74192工作状态(个位)
BQ2Q0
74192(2)工作状态(十位)
CQ0
7473工作状态
74153工作状态(数据选择器)
74138工作状态(3-8线译码器)
【图3】输出调整电路
2.2.2 电路原理
第三章 功能介绍
本章针对仿真电路中的每一模块进行详细的介绍,从其功能方面进行归纳,叙述每个芯片在电路中的作用以及连线部分电路图。
3.1 时钟控制系统模块
使用上升时序,个位、十位两片74192。进位关联使用个位TCU=十位UP实现(Terminal Count Up (Carry) Line)。数据状态通过判断条件进入选择器74153。判断条件成立后执行清零。
3.2 计数模块
使用上升时序,个位、十位两片74192。进位关联使用个位TCU=十位UP实现。数据状态通过判断条件进入选择器74153。判断条件成立后执行清零。
3.3 时序控制模块
使用7473改装的TFF2个,实现S1→S2→S3状态的转换。
↑ ↓
3.4 信号输出模块
翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态:S1R,S1G,S2Y,S3R,S3G 使信号灯在相应条件下亮或不亮。
3.5 输出显示模块
第四章 仿真调试
使用EWB5.12画出仿真电路图并运行,通过仿真过程中遇到的问题对电路图进行修改,在电路图完整无误而且能实现要求功能后在面包板上进行实物连接。
3.1 问题技巧
仿真过程中遇到了很多的问题,在遇到问题后根据除出现的情况按照逻辑真值表进行调整。使用EWB5.12的一些技术或仿真中的事项标记如下:
①、元件调整:双击原件即可调整原件参数。如果在运行状态,这个操作会导致总电源的关闭。
②、EWB中有红绿蓝三色灯,而红绿灯需要红绿黄三色,所以模拟中用蓝灯代替黄灯。
③、接线问题:
当且仅当元件、结点不移动的情况下,连线不移动,新接连线会自动调整,可用鼠标移动到线上拖动,若线上出现小方框,说明线太密,不能移动。
连线不能倾斜,全部横向或竖向。
当第三点需要连接在线上是,可以从端点拖动到线上。EWB不允许出现悬空线,也不允许从导线开始延伸到端点。
要连接两条悬空线AB,可以先利用第三个端点E引一条线到B,再移动E上的线到A。再弃置E。
④、器件、结点圈选以后可以整体移动。圈内的器件、结点相对位置不会移动,导线两端均在圈内则不移动,导线两端在圈外亦不移动。导线一端在圈内,一端在圈外则会自动调整。
⑤、调试、连线过程中使用额外的指示灯,并给跨芯片导线编号有利于检错。
3.2 仿真记录
仿真过程中没有发现问题,电路运行正常。下面是仿真过程中部分逻辑电平记录。 全部为高电平有效,1=高电平;0=低电平;X=无关项;—=无;0-5=0 ~ 5
总 结
在历时整两周的实训联系下,从一开始对芯片选择不知所措到实验中自主选择芯片进行实验,这期间我不仅在网上大量查找相关资料,还在图书馆阅读了一些有关数字逻辑的书籍,对我还是有很大的帮助的。芯片选好接下来是在WEWB上进行模拟仿真,看似运用简单的软件在实际操作中还是会遇到很多问题,例如所选芯片未在单元库中找到,我只能找功能相同的芯片代替或者选择新的芯片来完成该部分,此外便是一些小的连线问题,若一条连错将导致整个电路无法运行。完成在电脑上的仿真并得到结果后就在面包板上实现电路,用芯片和铜线进行实际的连接。但最终为得到预期结果,影响结果的因素不排除面包板本身存在问题可能是有坏的插孔,或者机器内部出现问题。
致 谢
在每天晚上的实验中最辛苦的莫过于指导老师刘昌辉老师和李晖老师,此外还有在整个实验中帮助我的同学,我在实验中遇到的大部分问题虽然没有向老师请教但是和同学的交流过程中还是讲问题解决并且在交流的过程发现了自己方案的错误和不足及时改正,为之后的调试过程节省了不少时间,在这里感谢负责的老师和各位热心的同学!
参考文献
1.谢自美. 电子线路设计-实验-测试[M] .武汉:华中科技大学出版社, 2000 2.汤继华. 常用集成芯片使用[M].北京:北京理工大学出版社,1995 3.康华光. 电子技术基础 [M].北京:高等教育出版社,1999
4.范爱平.电子电路实验与虚拟技术[M].山东:山东科技技术出版社,2001